用于借助計(jì)算機(jī)層析x射線攝影術(shù)確定結(jié)構(gòu)的幾何形狀的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于借助計(jì)算機(jī)層析X射線攝影術(shù)確定物體、如工件或工具的結(jié)構(gòu)的幾何形狀的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)中，利用計(jì)算機(jī)層析X射線攝影術(shù)掌握工件的三維研究，具有以下目標(biāo):在兩個(gè)材料之間的界面上、例如在表面、即工件和空氣之間的過(guò)渡上確定測(cè)量點(diǎn)的位置。對(duì)此，要測(cè)量的工件被測(cè)量輻射穿透，其中測(cè)量輻射的衰減根據(jù)被透射的長(zhǎng)度和被透射的材料而出現(xiàn)。在工件后邊出射的輻射被輻射探測(cè)器檢測(cè)。該輻射探測(cè)器大多平面地來(lái)實(shí)施，以便同時(shí)檢測(cè)工件的盡可能大的區(qū)域。從在旋轉(zhuǎn)臺(tái)(機(jī)械的旋轉(zhuǎn)軸)上布置的工件的幾百或幾千旋轉(zhuǎn)位置中所拍攝的透視圖像中，借助數(shù)學(xué)的重建方法首先獲得體積信息，所述體積信息包含工件的局部衰減信息。從這些信息中，隨后大多借助閾值過(guò)程算出測(cè)量點(diǎn)。
[0003]為了調(diào)節(jié)也被稱(chēng)為機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)位置，該旋轉(zhuǎn)臺(tái)由固定的和可旋轉(zhuǎn)的部分組成。只要涉及機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)位置，下面就總是意指可旋轉(zhuǎn)的部分?？尚D(zhuǎn)的部分在此圍繞著下面簡(jiǎn)稱(chēng)為“旋轉(zhuǎn)軸”的數(shù)學(xué)軸來(lái)旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)軸、即例如一個(gè)點(diǎn)在空間中的定向、即方向和地點(diǎn)也被稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)軸的地點(diǎn)。只要談及機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸的方向，也就因此意指(數(shù)學(xué))旋轉(zhuǎn)軸的方向。而空間中的以下位置也被稱(chēng)為機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸的位置，即在所述位置處布置有整個(gè)機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸、即固定的和可旋轉(zhuǎn)的部分。如果機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸的位置改變，例如在三個(gè)旁側(cè)的、例如相互成直角的方向X、y和Z之一上改變，那么(數(shù)學(xué))旋轉(zhuǎn)軸的地點(diǎn)也必然變化，然而僅僅在旋轉(zhuǎn)軸平行位移的情況下其定向因此不變化。
[0004]由于輕易的可透射性和更可能小的精確性要求，利用計(jì)算機(jī)層析X射線攝影術(shù)大多測(cè)量塑料件或輕金屬件。然而，如果應(yīng)該測(cè)量鋼件、如柴油或汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油嘴，那么由于在鋼中較強(qiáng)出現(xiàn)的散射發(fā)展和其他的效應(yīng)而增多地出現(xiàn)認(rèn)為傷害進(jìn)而測(cè)量誤差。此夕卜，這樣的部件、諸如噴油孔的特征大多具有很小的幾微米范圍內(nèi)的公差。因此必須采取特別的措施，以便達(dá)到高的精確性。對(duì)此，經(jīng)常附加地通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)部件來(lái)確定或校準(zhǔn)額定尺寸或額定幾何形狀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的任務(wù)是，避免現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，特別是在測(cè)量能夠困難透射的工件時(shí)實(shí)現(xiàn)高的精確性。另外的任務(wù)是，保證快速并且精確的批量測(cè)量。
[0006]因?yàn)槔糜?jì)算機(jī)層析X射線攝影術(shù)產(chǎn)生大量的表面點(diǎn)，所述表面點(diǎn)大多分布地位于工件的大的區(qū)域上進(jìn)而覆蓋多個(gè)特征或不同特征之間的區(qū)域，所以特別重要的是，分別檢測(cè)與特征相關(guān)聯(lián)的測(cè)量點(diǎn)。如果不屬于特征的相鄰點(diǎn)為了確定幾何元素被共同考慮，那么此外得出測(cè)量偏差。
[0007]在W02008/128978 A2中所描述的方法以關(guān)鍵詞計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)補(bǔ)丁(CAD-Patches)提供用于該任務(wù)的初步的并且十分特別的解決方案。在此選擇用于確定特征的測(cè)量點(diǎn)，所述測(cè)量點(diǎn)能夠與工件的CAD元素相關(guān)聯(lián)。然而，為此首先需要調(diào)整CAD模型。此外，用于多個(gè)工件、例如用于噴油嘴的相應(yīng)的3D模型不總是存在。對(duì)于所述多個(gè)工件大多僅存在2D圖紙或表格，從所述2D圖紙或表格中根據(jù)本發(fā)明推導(dǎo)出所謂的參數(shù)集或參數(shù)文件，例如具有噴射孔的角位置和直徑變化，即僅針對(duì)工件的細(xì)節(jié)。
[0008]因此本發(fā)明的任務(wù)也是，利用任意的額定幾何形狀、特別是在CAD模型沒(méi)必要存在的情況下來(lái)選擇為了確定幾何形狀特征要使用的表面測(cè)量點(diǎn)。
[0009]這通過(guò)以下方式解決本發(fā)明的一個(gè)方面，即選擇表面點(diǎn)，所述表面點(diǎn)根據(jù)可預(yù)先給定的規(guī)則被分配給要確定的幾何形狀特征，特別是位于距額定幾何形狀最大可預(yù)先給定的間距之內(nèi)，其中優(yōu)選地借助額定幾何形狀的方向信息、即表面向量來(lái)確定內(nèi)側(cè)或外側(cè)并且這被用于選擇表面點(diǎn)。
[0010]可預(yù)先給定的規(guī)則在此由操作者定義。操作者在此例如選擇，應(yīng)該使用哪種類(lèi)型的幾何元素、即例如圓柱或平面或球等，以便確定要確定的幾何形狀特征的額定幾何形狀。
[0011]同樣，操作者或者通過(guò)輸入用于幾何元素的相應(yīng)的參數(shù)或者必要時(shí)借助計(jì)算機(jī)程序來(lái)確定額定幾何形狀在空間中的地點(diǎn)和定向。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，于是使用額定幾何形狀，以便確定到表面點(diǎn)的間距。在此，為每個(gè)表面點(diǎn)例如確定到額定幾何形狀的最小的垂直的間距。在考慮針對(duì)該間距的通過(guò)操作者預(yù)先給定的最大值的情況下，該最大值例如為ΙΟΟμπκ優(yōu)選地為50 μπι，此后為了確定幾何形狀特征僅選擇以下表面點(diǎn)，所述表面點(diǎn)的間距小于最大值。最大值由操作者作為關(guān)于要測(cè)量的特征的圖紙公差的經(jīng)驗(yàn)值來(lái)確定。
[0013]因此本發(fā)明所基于的任務(wù)基本上通過(guò)一種用于至少應(yīng)用計(jì)算機(jī)層析X射線攝影術(shù)傳感裝置來(lái)確定物體、如工件或工具上的結(jié)構(gòu)的幾何形狀的方法來(lái)解決，該計(jì)算機(jī)層析X射線攝影術(shù)傳感裝置至少由輻射源、機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸和探測(cè)器、優(yōu)選地面探測(cè)器組成，其中通過(guò)所述計(jì)算機(jī)層析X射線攝影術(shù)傳感裝置優(yōu)選地在材料過(guò)渡的區(qū)域中通過(guò)以下方式生成表面測(cè)量點(diǎn)，即為了確定幾何形狀特征使用以下表面測(cè)量點(diǎn)，所述表面測(cè)量點(diǎn)基于可預(yù)先給定的規(guī)則被分配給要確定的幾何形狀特征。
[0014]特別有意義的是噴油嘴的測(cè)量，因?yàn)獒槍?duì)所述噴油嘴經(jīng)常不存在CAD模型并且此外到大多部分旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的構(gòu)型的調(diào)整不是明確可以的。因此，本發(fā)明的獨(dú)立的任務(wù)是噴油嘴、特別是其噴射孔的測(cè)量。在此，例如各個(gè)噴射孔的仰角、方位角或空間中的地點(diǎn)、直徑、直徑變化或粗糙度被確定。根據(jù)本發(fā)明，所述工件的測(cè)量結(jié)果也可以利用其他的傳感器、諸如光學(xué)的、觸覺(jué)的或觸覺(jué)光學(xué)的傳感器來(lái)確定，如其在坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)的領(lǐng)域上已知的那樣。不同傳感器的測(cè)量結(jié)果也被組合。
[0015]在一種獨(dú)特創(chuàng)造性的構(gòu)思中，因此在至少應(yīng)用計(jì)算機(jī)層析X射線攝影術(shù)傳感裝置的情況下進(jìn)行物體、如工件或工具上的結(jié)構(gòu)的幾何形狀的確定，該計(jì)算機(jī)層析X射線攝影術(shù)傳感裝置至少由輻射源、機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸和探測(cè)器、優(yōu)選地面探測(cè)器組成，其中通過(guò)計(jì)算機(jī)層析X射線攝影術(shù)傳感裝置優(yōu)選地在材料過(guò)渡的區(qū)域中通過(guò)以下方式生成表面測(cè)量點(diǎn)，即一個(gè)或多個(gè)相互傾斜地位于空間中的特征、如鉆孔被測(cè)量，優(yōu)選地關(guān)于物體的對(duì)稱(chēng)軸來(lái)測(cè)量。
[0016]空間中的傾斜在此意味著，特征的定向、例如圓柱的圓柱軸、即空間中可分配給特征的方向是不同的。這例如在噴油嘴的圓柱形或近似圓柱形的噴射孔時(shí)是該情況。
[0017]為了描繪額定幾何形狀，該額定幾何形狀必須由幾何基礎(chǔ)元素構(gòu)成或組成。這例如是直線、直線片段、圓、圓片段、球、球片段、圓柱、圓柱片段、圓錐、圓錐片段、環(huán)面、環(huán)面片段。由所述基礎(chǔ)元素或組合的基礎(chǔ)元素可以隨后產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)所謂的CAD元素，所述CAD元素具有相同的數(shù)據(jù)格式、如CAD模型，由此可以使用存在的基于CAD數(shù)據(jù)的測(cè)量程序。但是，所述CAD元素不是事先已知的、如例如從工件的3D模型中推導(dǎo)出的CAD模型。在此所指的CAD元素是由實(shí)際測(cè)量的測(cè)量點(diǎn)例如通過(guò)幾何補(bǔ)償元素的計(jì)算或最佳擬合調(diào)整、或通過(guò)輸入?yún)?shù)、例如由操作者通過(guò)從2D圖紙或表格、所謂的參數(shù)集中讀數(shù)而得到。所述參數(shù)集例如為了定義噴射孔幾何形狀或一個(gè)或多個(gè)噴射孔的地點(diǎn)由三個(gè)空間坐標(biāo)(x，y，z)和至少一個(gè)角位置(phi，theta)或軸位置(dx，dy，dz)或者由平面(x，y，z作為點(diǎn)信息并且dx，dy，dz作為平面法向量)并且必要時(shí)由其他在空間中定義的并且優(yōu)選地在其延展上受限的幾何元素組成。利用所述額定數(shù)據(jù)、如角位置、位置和直徑或直徑變化于是也產(chǎn)生所謂的手動(dòng)元素。
[0018]CAD元素或手動(dòng)元素定義額定幾何形狀或所述額定幾何形狀的一部分。不需要規(guī)定常規(guī)的CAD模型，本發(fā)明的要強(qiáng)調(diào)的特征與現(xiàn)有技術(shù)相反。
[0019]額定幾何形狀的另一個(gè)重要的方面是在內(nèi)側(cè)和外側(cè)之間的區(qū)分。這是必需的，因?yàn)閹缀位A(chǔ)元素僅確定空間上定義的區(qū)域的包絡(luò)。因此圓柱元素例如可以是實(shí)心的圓柱，但是也可以是鉆孔。因此，額定幾何形狀通過(guò)添加方向向量、如表面向量才完全被定義。因此能夠?qū)崿F(xiàn)，區(qū)分內(nèi)部和外部并且與此相應(yīng)地與額定幾何形狀的表面點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。
[0020]也可以實(shí)行迭代的方式以用于確定整個(gè)當(dāng)前測(cè)量點(diǎn)的屬于特征的測(cè)量點(diǎn)。在此，額定幾何形狀首先粗略地被定義。這意味著，操作者基于其原有知識(shí)通過(guò)當(dāng)前的特征來(lái)確定幾何元素類(lèi)型和例如當(dāng)前的定向和大小、例如圓柱的直徑，該當(dāng)前的特征例如具有圓柱形狀、圓錐形狀和平面形狀。在此，輔助工具可供操作者使用。例如可以通過(guò)操作者來(lái)選擇能夠肯定地被分配給有關(guān)特征的各個(gè)點(diǎn)，以便借助計(jì)算機(jī)程序的輔助計(jì)算補(bǔ)償元素。該補(bǔ)償元素于是可以被用作粗略定義的額定幾何形狀。操作者也可以在工件的已知的、例如校準(zhǔn)的地點(diǎn)的情況下使用由關(guān)于工件的2D圖紙或表格式地當(dāng)前的信息組成的額定數(shù)據(jù)，以便手動(dòng)地產(chǎn)生額定幾何元素。校準(zhǔn)在此包括例如在坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備中的工件的地點(diǎn)關(guān)于傳感器的確定。對(duì)此，工件大多包含明確可分配的幾何形狀特征。在至少部分旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的噴油嘴的情況下，設(shè)置標(biāo)記、例如激光標(biāo)記線或類(lèi)似的或大多外部的凹槽或偏心的鉆孔，以便能夠在夾緊設(shè)備中確定定向或旋轉(zhuǎn)地點(diǎn)。操作者此外按照相鄰的特征、例如通道鉆孔中的限制圓柱的平面定向。
[0021]即使不利用所有屬于相鄰特征的測(cè)量點(diǎn)來(lái)計(jì)算，所述相鄰特征也能夠足夠準(zhǔn)確地被計(jì)算，以便確定實(shí)際要測(cè)量的特征的限制。該要測(cè)量的特征因此例如被削減。幾何元素的交集的形成也可能是有意義的，以便確定粗略確定的額定幾何形狀或粗略確定的幾何元素。因此圓柱元素可以通過(guò)與圓錐元素的交集形成而在其長(zhǎng)度上被限制到圓柱片段上。在下個(gè)步驟中，借助粗略確定的幾何元素從測(cè)量數(shù)據(jù)中選擇暫時(shí)的表面點(diǎn)并且由所述表面點(diǎn)計(jì)算大多與粗略確定的幾何元素相同類(lèi)型的幾何補(bǔ)償元素。該幾何補(bǔ)償元素還是不準(zhǔn)確的，因?yàn)椴皇撬胁⑶乙膊粌H僅只有被分配給特征的測(cè)量點(diǎn)被選擇。但是，該補(bǔ)償元素的位置、定向和大小現(xiàn)在比事先粗略確定的幾何元素更準(zhǔn)確。所述參數(shù)現(xiàn)在被用于表面點(diǎn)的重新選擇。實(shí)際上，對(duì)此事先粗略確定的幾何元素被適配于平衡元素，即例如在其位置上位移并且定向和大小、例如圓柱的直徑相應(yīng)地被改變。這是有意義的，因?yàn)槭謩?dòng)粗略確定的幾何元素如已經(jīng)提及地已經(jīng)能夠被修改、例如削減。由通過(guò)重新選擇所選擇的表面點(diǎn)計(jì)算準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果、例如代替幾何元素或補(bǔ)償元素的形狀偏差或直徑。該過(guò)程也可以多次地重復(fù)，更準(zhǔn)確確定的幾何元素因此重新被用于選擇，等等。
[0022]為了測(cè)量點(diǎn)選擇所需的額定